DE19937955A1 - Schraubeinrichtung und Verfahren zur Arretierung einer Schraubmutter - Google Patents

Abstract

Eine Schraubeinrichtung mit einer auf einen kreiszylindrischen Körper (7) aufschraubbaren Schraubmutter (9) weist einen in die Schraubmutter (9) einbringbaren Arretierstift (13) auf. Die Schraubeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Arretierstift (13) in eingebrachtem Zustand bezüglich der Drehachse (15) der Schraubmutter (9) geneigt angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Arretierstift (13) dabei derart orientiert, daß eine Komponente seiner Orientierung (19) in eine tangentiale Richtung (21) zeigt. Bei einem Verfahren zur Arretierung einer Schraubmutter (9) wird durch die aufgeschraubte Schraubmutter (9) hindurch bis in den Körper (7) hinein eine Bohrung (11) oder Nut angebracht, die eine Neigung nach Art der Neigung des Arretierstifts (13) aufweist. Anschließend wird der Arretierstift (13) in die Bohrung (11) bzw. in die Nut eingeführt. Eine derartige Schraubeinrichtung ist insbesondere zur Sicherung eines Steuerstab-Antriebsgehäuserohrs eines Kernreaktors geeignet, wobei dann die Schraubmutter (9) als Antriebsgehäuse-Rohrmutter dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubeinrichtung mit einer Schraubmutter, die auf einen kreiszylindrischen Körper auf­ schraubbar ist, insbesondere mit einer Antriebsgehäuse-Rohr­ mutter für ein Steuerstab-Antriebsgehäuserohr eines Kern­ kraftwerks, und mit einem in die Schraubmutter einbringbaren Arretierstift. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Arretierung einer auf einen kreiszylindrischen Körper aufgeschraubten Schraubmutter, insbesondere zur Arre­ tierung einer Antriebsgehäuse-Rohrmutter eines Steuerstab-An­ triebsgehäuserohrs eines Kernkraftwerks, wobei die Schraub­ mutter mittels eines aus ihr herausragenden Arretierstifts arretiert wird.

Bei einem Siedewasser-Kernreaktor werden die Steuerstäbe durch Stutzen, die an der Unterseite des Reaktordruckbehäl­ ters angebracht sind, in das Innere des Reaktordruckbehälters eingeführt. In die Stutzen ist jeweils ein Steuerstab-An­ triebsgehäuserohr eingeschweißt, in das jeweils ein Steuer­ stab mit einem Steuerstabführungsrohr eingesetzt ist. Die Stutzen und die Steuerstab-Antriebsgehäuserohre sind vertikal ausgerichtet.

Aus Gründen der redundanten Sicherheit sind die Steuerstab- Antriebsgehäuserohre durch jeweils eine Antriebsgehäuse-Rohr­ mutter gesichert. Die Antriebsgehäuse-Rohrmutter umschließt das Steuerstab-Antriebsgehäuserohr und ist dort auf ein Au­ ßengewinde aufgeschraubt. Sie liegt mit ihrer Unterseite auf der Oberkante des jeweiligen Stutzens des Reaktordruckbehäl­ ters auf, so daß verhindert ist, daß das betreffende Steuer­ stab-Antriebsgehäuserohr bei einem unterstellten Versagen oder Bruch der jeweiligen Einschweißnaht - angetrieben von dem im Innenraum des Reaktordruckbehälters herrschenden Druck oder von seinem Eigengewicht - seine Einbauposition verläßt und aus dem Stutzen hinausgedrückt wird.

Die Antriebsgehäuse-Rohrmutter kann durch einen Arretierstift oder Zylinderstift gegen Verdrehen und Lockerung gesichert werden. Der Arretierstift wird hierzu durch eine parallel zum Steuerstab-Antriebsgehäuserohr verlaufende Bohrung in der An­ triebsgehäuse-Rohrmutter geschoben bis ein über die Bohrung hinausragender Teil des Arretierstifts in ein Sackloch am Stutzen einrastet.

Die Sicherungsfunktion der Antriebsgehäuse-Rohrmutter mit ei­ nem derartigen Arretierstift kann, insbesondere nach langjäh­ rigem Reaktorbetrieb, nachlassen. Durch die Vibrationen des Reaktordruckbehälters während seines Betriebs, durch eventu­ ell vorhandene geringfügige Montagefehler, oder durch während des Reaktorbetriebs auftretende Dehnungen infolge von Tempe­ raturdifferenzen, könnte es nämlich zu einem Ausschlagen oder gar Lösen des Arretierstifts kommen mit der, Folge, daß nach einiger Zeit auch die Antriebsgehäuse-Rohrmutter beweglich und somit lösbar würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu­ geben, mit dem eine Schraubmutter, insbesondere eine An­ triebsgehäuse-Rohrmutter für ein Steuerstab-Antriebsgehäuse­ rohr, zuverlässiger als bisher gesichert werden kann, so daß insgesamt eine längere sichere Betriebsdauer der Schraubmut­ ter erreicht wird. Zu diesem Zweck soll auch eine als Schraubmutter verwendbare Vorrichtung angegeben werden.

Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird bei einer Schraubein­ richtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung da­ durch gelöst, daß der Arretierstift in eingebrachtem Zustand bezüglich der Drehachse der Schraubmutter um einen axialen Neigungswinkel geneigt angeordnet ist.

Berechnungen und Versuche haben gezeigt, daß bei einer derar­ tigen Schraubeinrichtung die Schraubmutter besonders sicher gegen Lösen und Bewegungen gesichert ist.

Vorzugsweise weist der axiale Neigungswinkel einen Wert zwi­ schen 5° und 20°, vorzugsweise von 10°, auf.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Arretierstift zur Arretierung der Schraubmutter so anbringbar, daß er aus der Innenmantelfläche der Schraubmutter, insbesondere aus dem Innengewinde der Schraubmutter, hervorsteht.

Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist der Arre­ tierstift in eingebrachtem Zustand derart orientiert, daß eine Komponente seiner Orientierung in eine tangentiale Rich­ tung zeigt. Der Arretierstift ist in diesem Fall also wind­ schief bezüglich der Drehachse der Schraubmutter angeordnet. Ein derartig orientierter Arretierstift ist auch unter wech­ selnden Temperatureinflüssen und daraus resultierenden Deh­ nungen und bei starken Vibrationen besonders ermüdungsfest.

Bevorzugt weist der Betrag des tangentialen Neigungswinkels der Orientierung einen Wert zwischen 70° und 85°, vorzugs­ weise von 75°, auf, wobei der tangentiale Neigungswinkel in einer auf der Drehachse senkrecht stehenden Ebene und bezüg­ lich einer Tangente an der Schraubmutter gemessen ist.

Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die tangentiale Richtung der Orientierung des Arretierstifts ei­ ner die Schraubmutter lösenden Drehbewegung entgegengesetzt.

Ein derartig orientierter Arretierstift ist beispielsweise bei einer vibrierenden Rotationsbewegung primär axial und in geringerem Ausmaße als bei einem parallel zur Drehachse der Schraubmutter angeordnetem Arretierstift senkrecht zu seiner Achse belastet. Ein solcher Arretierstift schlägt deshalb eine ihn aufnehmende Bohrung besonders wenig aus und wird be­ sonders wenig belastet und abgenutzt.

Vorzugsweise ist der Arretierstift in seiner axialen und/oder radialen Richtung elastisch ausgebildet. Beispielsweise ist der Arretierstift ein Spannstift, eine Hülse, ein Splint, eine Spannhülse oder eine geschlitzte Hülse.

Insbesondere sind wenigstens drei Arretierstifte vorhanden, die äquidistant entlang einer Umfanglinie um die Schraubmut­ ter angeordnet sind.

Ein besonderer Vorteil der Schraubeinrichtung nach der Erfin­ dung gegenüber anderen, nicht auf einem Arretierstift basie­ renden Lösungen besteht darin, daß durch die einzubringenden Arretierstifte die Außenkontur der Schraubmutter nicht verän­ dert wird. Dies ist insbesondere in einem Kernkraftwerk von Bedeutung, wo eine Veränderung der Außenkontur an der An­ triebsgehäuse-Rohrmutter zu einer Veränderung des Strömungs­ querschnitts für das Reaktorkühlwasser führen würde. Eine ne­ gative Beeinflussung des Einströmverhaltens, das durch einen eventuellen Einbau zusätzlicher Bauteile an die Antriebsge­ häuse-Rohrmutter, beispielsweise Schrauben, Klemmstücke oder ähnliche Bauteile, und der daraus resultierenden Quer­ schnittsverengung resultieren würde, wird damit ausgeschlos­ sen.

Die verfahrensbezogene Aufgabe wird bezogen auf ein Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch ge­ löst,

• a) daß durch die aufgeschraubte Schraubmutter hindurch bis in den Körper hinein eine Bohrung oder Nut angebracht wird, die bezüglich der Drehachse der Schraubmutter um einen axialen Neigungswinkel geneigt ist, und
• b) daß der Arretierstift in die Bohrung bzw. in die Nut ein­ geführt wird.

Das Verfahren wird insbesondere derart durchgeführt, daß hierbei eine Schraubeinrichtung nach der Erfindung herge­ stellt wird. Die bezüglich der Schraubeinrichtung genannten Vorteile gelten für das Verfahren nach der Erfindung analog.

Die Schraubmutter kann vor dem Aufschrauben auf den kreiszy­ lindrischen Körper bereits mit einer Bohrung für den Arre­ tierstift vorgefertigt sein. Ein für die Arretierung in dem Körper erforderliches Sackloch kann dann bei aufgeschraubter Schraubmutter durch die vorgefertigte Bohrung hindurch in dem kreiszylindrischen Körper angebracht werden.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens weist der axiale Neigungswinkel einen Wert zwischen 5° und 20°, vor­ zugsweise von 10°, auf.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens geht die Bohrung bzw. die Nut von einer Stirnseite der Schraubmutter aus. Insbesondere bei einer als Antriebsge­ häuse-Rohrmutter ausgestalteten Schraubmutter ist damit die besonders einfache Zugänglichkeit der Schraubmutter zum Zwecke des Anbringens der Bohrung oder der Nut gegeben.

Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung durchdringt die Bohrung bzw. die Nut die Innenmantelfläche der Schraubmutter, insbesondere das Innengewinde der Schraubmutter.

Vorzugsweise ist die Bohrung bzw. die Nut derart orientiert, daß eine Komponente ihrer Orientierung in eine tangentiale Richtung zeigt.

Insbesondere weist der Betrag des tangentialen Neigungswin­ kels der Orientierung einen Wert zwischen 70° und 85°, vor­ zugsweise von 75°, auf, wobei der tangentiale Neigungswinkel in einer auf der Drehachse senkrecht stehenden Ebene und be­ züglich einer Tangente an der Schraubmutter gemessen ist.

Besonders bevorzugt ist die tangentiale Richtung der Orien­ tierung der Bohrung bzw. der Nut einer die Schraubmutter lö­ senden Drehbewegung entgegengesetzt.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schraubeinrichtung nach der Er­ findung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher er­ läutert. Die Fig. 1 bis 3 dienen auch der Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schraubeinrichtung nach der Erfindung im montierten Zustand an einem Steuerstab-Antriebsgehäuserohr in einem Längs­ schnitt,

Fig. 2 in schematischer Weise die Orientierung des Arre­ tierstifts der Schraubeinrichtung der Fig. 1, und

Fig. 3 die Orientierung des Arretierstifts der Fig. 2 in einer Blickrichtung parallel zur Achse des Steuer­ stab-Antriebsgehäuserohrs.

Die Fig. 1 zeigt einen kreisrunden Stutzen 1, der in den In­ nenraum 3 eines ansonsten nicht dargestellten Reaktordruckbe­ hälters eines Siedewasserreaktors hineinragt. In den Stutzen 1 ist über eine Schweißverbindung 5 ein Körper 7 kreisrunden, ringförmigen Querschnitts eingeschweißt, bei dem es sich um ein Steuerstab-Antriebsgehäuserohr (AGR) 7 handelt. Durch das AGR 7 kann ein nicht explizit dargestellter Steuerstab mit einem Steuerstabführungsrohr eingeführt werden.

Bei einem postulierten Bruch der Schweißverbindung 5 würde das AGR 7 infolge des im Innenraum 3 herrschenden Überdrucks aus dem Stutzen 1 am Reaktordruckbehälter nach unten hinaus­ gedrückt werden. Um dies zu verhindern ist am AGR 7 über ein dort angebrachtes Außengewinde 8 eine Schraubmutter 9 aufge­ schraubt, die als Antriebsgehäuse-Rohrmutter bezeichnet wird.

Die Schraubmutter 9 liegt an ihrer unteren Stirnseite an der Oberseite 10 des Stutzens 1 auf und ist hiergegen verspannt.

Die Schraubmutter 9 wurde bislang mittels eines Zylinder­ stifts gesichert, der durch eine zum Steuerstab-Antriebsge­ häuserohr 7 parallele Bohrung geführt und im Stutzen 1 einge­ rastet war.

Zur Verbesserung der mechanischen Beständigkeit ist gemäß der Erfindung in der Schraubmutter 9 eine Bohrung 11 mit einem Zylinderstift oder Arretierstift 13 derart angeordnet, daß die Bohrung 11 und der Arretierstift 13 bezüglich einer Dreh­ achse 15 der Schraubmutter 9 um einen axialen Neigungswinkel α geneigt sind.

Außerdem ist die Bohrung 11 und in eingebrachtem Zustand au­ ßerdem der Arretierstift 13 auch bezüglich einer Ebene, die durch die Drehachse 15 und durch einen Radius aufgespannt ist (im gezeichneten Beispiel die Zeichenebene) geneigt. Die sich daraus ergebende Orientierung 19 des Arretierstifts 13 bezüg­ lich der Drehachse 15 ist in den Fig. 2 und 3 schematisch näher erläutert. Fig. 3 zeigt dabei die Orientierung 19 (der Fig. 2) aus einer Blickrichtung 20 parallel zur Drehachse 15.

In Fig. 2 ist mit 22 eine Orientierung des Arretierstifts 13 bezeichnet, wie sie gegeben wäre, falls der Arretierstift 13 ausschließlich bezüglich der Drehachse 15 der Schraubmutter 9 geneigt wäre (Neigungswinkel α). Bei der mit 19 bezeichneten Orientierung ist der Arretierstift 13 außerdem derart orien­ tiert, daß eine Komponente seiner Orientierung 19 in eine tangentiale Richtung 21 zeigt. Zur Beschreibung der tangen­ tialen Komponente der Orientierung 19 ist der tangentiale Neigungswinkel β dargestellt. Er ist in einer Ebene 23 (Fig. 3) senkrecht zur Drehachse 15 und in dieser Ebene 23 bezüg­ lich einer gedachten Tangente 25 an der Schraubmutter 9 ge­ messen.

Der axiale Neigungswinkel α beträgt im gezeichneten Beispiel 10°, der tangentiale Neigungswinkel β ebenfalls 10°.

Die tangentiale Richtung 21 der Orientierung 19 der Arretier­ stifte 13 ist einer die Schraubmutter 9 lösenden Drehbewegung entgegengesetzt. Mit Blick auf Fig. 3 bedeutet dies, daß im gezeichneten Beispiel die Schraubmutter 9 durch eine Drehbe­ wegung im Uhrzeigersinn festgezogen und durch eine Drehbewe­ gung entgegen dem Uhrzeigersinn gelöst wird.

Zum Einbringen des Arretierstifts 13 wird die Schraubmutter 9 auf den Körper 7 aufgeschraubt. In ihrer zu arretierenden Po­ sition wird mittels eines ferngesteuerten Erodierwerkzeugs oder eines Bohrers die Bohrung 11, ausgehend von einer Stirn­ seite 31 (Fig. 1) der Schraubmutter 9 durch die Schraubmut­ ter 9 hindurch, die Innenmantelfläche 33 der Schraubmutter 9 durchdringend bis in den Körper 7 hinein, angebracht. Das Hineinreichen der Bohrungen 11 in das Antriebsgehäuserohr 7 ist unproblematisch, da die Bohrungen 11 dort nicht im druck­ führenden Bereich liegen. Insgesamt werden drei Bohrungen 11 im gleichen Winkelabstand (von ca. 120°) entlang einer Um­ fangslinie um die Schraubmutter 9 herum angebracht. Anschlie­ ßend werden drei Arretierstifte 13 in die Bohrungen 11 einge­ setzt bis sie im Steuerstab-Antriebsgehäuserohr 7 einrasten. In dieser Position werden die Arretierstifte 13 durch Ver­ stämmen oder eine lokale Verformung der Schraubmutter 9 im Bereich der Bohrung 11 gegen Herauswandern gesichert.

Die Arretierstifte 13 sind derartig elastisch ausgeführt, daß Differenzdehnungen, die aus einer Temperaturdifferenz zwi­ schen dem Steuerstab-Antriebsgehäuserohr 7 und der Schraub­ mutter 9 resultieren, ausgeglichen werden, ohne daß sich ein Spiel zwischen den Arretierstiften 13 und der Schraubmutter 9 oder zwischen der Schraubmutter 9 und dem AGR 7 einstellen könnte. Außerdem ist ein Lockern der Arretierstifte 13 durch Anströmen des Kühlwassers im Reaktordruckbehälter, oder durch Dehnungen infolge der genannten Temperaturdifferenzen, be­ reits durch die erfindungsgemäße geneigte Anordnung der Arre­ tierstifte 13 weitestgehend unterbunden.

Die Arretierstifte 13 mit einem Durchmesser von 8 bis 12 mm sind als elastische Spannhülsen ausgeführt.

Claims (15)

1. Schraubeinrichtung mit einer Schraubmutter (9), die auf einen kreiszylindrischen Körper (7) aufschraubbar ist, insbe­ sondere mit einer Antriebsgehäuse-Rohrmutter für ein Steuer­ stab-Antriebsgehäuserohr eines Kernkraftwerks, und mit einem in die Schraubmutter (9) einbringbaren Arretierstift (13), dadurch gekennzeichnet, daß der Arre­ tierstift (13) in eingebrachtem Zustand bezüglich der Dreh­ achse (15) der Schraubmutter (9) um einen axialen Neigungs­ winkel (α) geneigt angeordnet ist.

2. Schraubeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Neigungswinkel (α) einen Wert zwischen 5° und 20°, vorzugsweise von 10°, aufweist.

3. Schraubeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arre­ tierstift (13) zur Arretierung der Schraubmutter (9) so an­ bringbar ist, daß er aus der Innenmantelfläche der Schraub­ mutter (9), insbesondere aus dem Innengewinde der Schraubmut­ ter (9), hervorsteht.

4. Schraubeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arre­ tierstift (13) in eingebrachtem Zustand derart orientiert ist, daß eine Komponente seiner Orientierung (19) in eine tangentiale Richtung (21) zeigt.

5. Schraubeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Be­ trag des tangentialen Neigungswinkels (β) der Orientierung (19) einen Wert zwischen 70° und 85°, vorzugsweise von 75°, aufweist, wobei der tangentiale Neigungswinkel (β) in einer auf der Drehachse (15) senkrecht stehenden Ebene (23) und be­ züglich einer Tangente (25) an der Schraubmutter (9) gemessen ist.

6. Schraubeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die tan­ gentiale Richtung (21) der Orientierung (19) des Arretier­ stifts (13) einer die Schraubmutter (9) lösenden Drehbewegung entgegengesetzt ist.

7. Schraubeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arre­ tierstift (13) als Spannstift, Spannhülse oder als ge­ schlitzte Hülse ausgebildet ist.

8. Schraubeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens drei Arretierstifte (13) vorhanden sind, die äquidi­ stant entlang einer Umfanglinie um die Schraubmutter (9) an­ geordnet sind.

9. Verfahren zur Arretierung einer auf einen kreiszylindri­ schen Körper (7) aufgeschraubten Schraubmutter (9), insbeson­ dere zur Arretierung einer Antriebsgehäuse-Rohrmutter eines Steuerstab-Antriebsgehäuserohrs eines Kernkraftwerks, wobei die Schraubmutter (9) mittels eines aus ihr herausragenden Arretierstifts (13) arretiert wird, insbesondere unter Her­ stellung einer Schraubeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß durch die aufgeschraubte Schraubmutter (9) hindurch bis in den Körper (7) hinein eine Bohrung (11) oder Nut angebracht wird, die bezüglich der Drehachse (15) der Schraubmutter (9) um einen axialen Neigungswinkel (α) ge­ neigt ist, und
• b) daß der Arretierstift (13) in die Bohrung (11) bzw. in die Nut eingeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Neigungswinkel (α) einen Wert zwischen 5° und 20°, vorzugsweise von 10°, aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Boh­ rung (11) bzw. die Nut von einer Stirnseite (31) der Schraub­ mutter (9) ausgeht.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Boh­ rung (11) bzw. die Nut die Innenmantelfläche (33) der Schraubmutter (9), insbesondere das Innengewinde der Schraub­ mutter (9), durchdringt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Boh­ rung (11) bzw. die Nut derart orientiert ist, daß eine Kompo­ nente ihrer Orientierung (19) in eine tangentiale Richtung (21) zeigt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Be­ trag des tangentialen Neigungswinkels (β) der Orientierung (19) einen Wert zwischen 70° und 85°, vorzugsweise von 75°, aufweist, wobei der tangentiale Neigungswinkel (β) in einer auf der Drehachse (15) senkrecht stehenden Ebene (23) und be­ züglich einer Tangente (25) an der Schraubmutter (9) gemessen ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die tan­ gentiale Richtung (21) der Orientierung (19) der Bohrung (11) bzw. der Nut einer die Schraubmutter (9) lösenden Drehbewe­ gung entgegengesetzt ist.